臭氧檢測(cè)儀原理

點(diǎn)擊次數(shù)：1244 發(fā)布時(shí)間：2014-11-1

1.檢測(cè)原理
    科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)臭氧層能吸收紫外線，研究表明臭氧僅對(duì)波長(zhǎng)253.7nm的紫外線具有zui大吸收系數(shù)，在此波長(zhǎng)下紫外線通過(guò)臭氧會(huì)產(chǎn)生衰減，符合蘭波特一比爾定律:該原理已被美國(guó)等國(guó)家作為臭氧標(biāo)準(zhǔn)分析方法:該臭氧檢測(cè)儀就是采用紫外線吸收法的原理，用穩(wěn)定的紫外燈光源產(chǎn)生紫外線，用光波過(guò)濾器過(guò)濾掉其它波長(zhǎng)紫外光，只允許波長(zhǎng)253.7nm通過(guò)。經(jīng)過(guò)樣品光電傳感器，再經(jīng)過(guò)臭氧吸收池后，到達(dá)采樣光電傳感器。通過(guò)樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號(hào)比較，再經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，就能得出臭氧濃度大小。
    
    2.臭氧濃度數(shù)學(xué)計(jì)算模型
    臭氧濃度數(shù)學(xué)模型是根據(jù)Lambert and Bee:定律推出的。
    在公式（1）中，只要知道樣品電流、采樣電流和臭氧吸收池距離，即可計(jì)算出臭氧濃度大小。由于臭氧吸收池距離的限制，zui大臭氧濃度只能測(cè)到
    
    3.電路原理的實(shí)現(xiàn)
    
    基本電路由電源部分、紫外燈控制、紫外光線樣品檢測(cè)、紫外光線采樣檢測(cè)、對(duì)數(shù)放大器Log100、模擬輸出及顯示部分等組成。
    
    電路核心部分就是用對(duì)數(shù)放大器Log100來(lái)實(shí)現(xiàn)臭氧濃度數(shù)學(xué)模型，基本接線如圖1所示。Log100是集成電路的14引腳，可以對(duì)兩個(gè)電流或電壓之比進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)算。該放大器輸出電流動(dòng)態(tài)范圍寬，可以在1nA} 1mA之間變化。輸出誤差范圍不超過(guò)0.1%。輸出公式:
    電源部分主要是產(chǎn)生紫外燈需要的高壓電源，同時(shí)產(chǎn)生電路板上需要的+15V直流電紫外燈燈控部分控制紫外燈電流在允許范圍之內(nèi)，如果不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，面板上將有一個(gè)紅燈變亮，提示更換新的紫外燈。標(biāo)準(zhǔn)紫外光檢測(cè)和采樣紫外光檢測(cè)部分也是較關(guān)鍵部分，光電傳感器把紫外線的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后經(jīng)兩次運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)整理放大，送給Log100進(jìn)行計(jì)算處理后，顯示輸出。模擬輸出0～20mA與臭氧濃度大小成線性關(guān)系。
    
    （2）紫外吸光光度法
    
    光譜分析法是指在光的作用下，通過(guò)測(cè)量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行分析的方法。在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的分析方法稱為吸光光度法。
    
    該法利用臭氧對(duì)254nm波長(zhǎng)的紫外線特征吸收的特性，依據(jù)朗伯一比爾定律測(cè)量紫外線通過(guò)臭氧的光強(qiáng)變化來(lái)檢測(cè)臭氧濃度。該法不但適用于檢測(cè)氣體中臭氧濃度，也可以檢測(cè)水中溶存的臭氧濃度，已被我國(guó)作為環(huán)境空氣中測(cè)定臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法。
    
    如圖2所示，首先將需要檢測(cè)臭氧濃度的氣體以恒定的流速導(dǎo)入檢測(cè)氣室，由于臭氧對(duì)254nm波長(zhǎng)的紫外光有特征吸收，紫外光束穿過(guò)通有臭氧的臭氧檢測(cè)管路后光強(qiáng)產(chǎn)生了衰減，符合朗伯-比爾定律：
    式中，Pο為入射光束的強(qiáng)度；P為光束穿過(guò)通有臭氧的檢測(cè)管后的強(qiáng)度；L為通過(guò)臭氧的光程長(zhǎng)度，即檢測(cè)氣室長(zhǎng)度；c為臭氧質(zhì)量濃度；k為臭氧對(duì)紫外光的吸收系數(shù)。由此即可求出氣體濃度。
    
    其中，吸光系數(shù)k是表示一種氣體對(duì)確定波長(zhǎng)的光的吸收特征常數(shù)。臭氧對(duì)254nm光的吸光系數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道值見表1。k值在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃，101.3kPa）為3.04±0.04  （以e為底）或1.32±0.02  （以10為底）。由于它隨溫度變化而改變，在其他狀態(tài)下可用氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行換算.